[發明專利]一種基于邊緣光抑制陣列的并行直寫裝置和方法

有效

• 申請號: 202011638382.2
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112859534B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發明（設計）人: 匡翠方;楊順華;劉旭;李海峰;丁晨良;魏震;徐良
• 申請（專利權）人: 之江實驗室;浙江大學
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 楊小凡

本發明公開一種基于邊緣光抑制陣列的并行直寫裝置和方法，該裝置可產生N×N強度獨立可控的高質量PPI陣列，每個PPI刻寫點由干涉點陣暗斑和激發光重合而成，具有高通量超分辨刻寫的能力。裝置主要包括兩路光：一路光通過四光束干涉產生等強度等間距的光斑點陣，點陣暗斑用作渦旋抑制光；另一路光通過MLA產生N×N激發光點陣，同時通過SLM和DMD分別調控各激發光的位置和強度，實現渦旋光陣列與激發光點陣精密重合且刻寫點大小獨立可控。該裝置與方法通過產生相同刻寫點大小的PPI陣列，可進行高均勻度三維結構的高通量超分辨直寫加工，控制刻寫點大小使其具有特定分布，還可并行加工任意曲面結構，可應用于超分辨光刻等領域。

技術領域

本發明屬于微納光學技術領域及光學元件加工制造領域，具體地，涉及一種基于邊緣光抑制陣列的并行直寫裝置和方法。

背景技術

傳統雙光子直寫技術雖然具有超衍射極限和真三維的特點，但實現的分辨率仍比較有限。在雙光子直寫光斑(激發光)基礎上疊加渦旋光來抑制激發光外圍引起的聚合反應，可將分辨率進一步提升，該方法即為邊緣光抑制(Peripheral?Photoinhibition,PPI)技術。目前，渦旋光主要通過渦旋相位板、SLM、DMD等來產生，已報道的文獻中實現的渦旋光數量十分有限，因此雖然PPI技術將分辨率得到明顯提升，但可實現的PPI刻寫點數量極少，導致加工通量很低，并且各PPI刻寫點的大小一般也無法獨立控制，使得PPI技術在灰度刻寫能力方面受到限制。此外，為得到理想的PPI刻寫點，要求激發光和渦旋光精密重合，而實現兩者的精密重合在實際操作過程中也是一大難點。

文獻[Optics?Letters,2020,45(10):2712-2715]通過四光束干涉產生抑制光點陣，點陣暗斑作為渦旋光陣列與擴束后的實心激發光重合，得到1225束STED并行光用于超分辨顯微成像，同時實現了35nm的空間分辨率；但該方案中激發光直接擴束后與渦旋陣列重合，使得激發光點陣各光斑強度分布不均，也無法對各激發光斑的強度進行獨立調控，此外，由于方案中視場較小等原因使得實現的STED光束數量也較為有限。

文獻[OpticsLaser?Technology,2019,113:407-415]將DMD和定制的雙邊微透鏡空間濾波陣列相結合，得到了70×110的光斑點陣，大幅度提升了加工通量，同時通過DMD對各光斑劑量進行獨立控制，實現了灰度光刻的功能，可以加工任意自由曲面結構，但該方案只采用單個LED紫外光源進行投影光刻，實現的分辨率有限，只有微米量級，且只能在材料表面進行加工，無法實現真正的三維結構直寫。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于邊緣光抑制陣列的并行直寫裝置和方法，該裝置主要包含兩光路，分別用于產生間距可調的抑制光干涉點陣和強度獨立可控的激發光點陣，干涉點陣暗斑和激發光點陣在物鏡焦平面精密重疊形成PPI刻寫陣列，可實現高均勻度復雜三維結構和任意曲面結構的高通量超分辨并行加工。

本發明的技術解決方案如下：